Древният, естествен ядрен реактор на 2 милиарда години

През май 1972 г. техниците във фабриката за обогатяване на уран Трикастин (Centrale Nucléaire du Tricastin) във Франция правят тревожно откритие. Те установяват, че пратка на уранова руда от рудник Окло в африканската държава Габон съдържа само 0,71% от делящия се изотоп Уран-235, вместо 0,72%, които обикновено се срещат в природата. Това несъответствие, макар и малко, е достатъчно, за да притесни техниците, тъй като предполага, че някой в ​​Габон може да отклонява U-235 с нечисти цели – вероятно производство на ядрено оръжие. По този начин екип от френската Комисия за атомна енергия (CEA) незабавно е изпратен в Габон да разследва.

Но въпреки седмици внимателен анализ, разследващите не успяват да намерят никакви доказателства за кражба на уран. Вместо това те откриват, че самата руда е изчерпана, като някои проби имат концентрации на U-235 до 0,44%. Още по-странно, рудата съдържа големи количества неодим-143, рутений-99 и ксенон 131, 132, 134, 135 и 136 – точно същото разпределение на изотопите, открити в отработеното гориво от ядрени реактори. Разглеждайки тези доказателства, Франсис Перин, бивш френски върховен комисар по атомната енергия, стигна до изумителен извод: преди около 2 милиарда години, преди сложният живот дори да е еволюирал на земята, рудното тяло на Окло е претърпяло трайна ядрена верижна реакция. Екипът на CEA се натъква на нещо безпрецедентно: древен, естествен ядрен реактор.

Илюстрация на ситуацията в Габон 

1. Зони на ядрена реакция
2. Пясъчник
3. Уранов слой
4. Гранит

Теоретичното съществуване на естествените ядрени реактори е предсказано за първи път от японо-американския химик Пол Курода през 1956 г. За да се разбере как работят, първо е необходимо да се разбере работата на изкуствените ядрени реактори. Ядрена верижна реакция се инициира, когато атомът на Уран-235 абсорбира неутрон, което причинява делене. Това делене освобождава енергия, две или повече по-малки ядра, известни като продукти на делене, и два или повече свободни неутрона. Ако тези неутрони могат да бъдат насочени да индуцират делене в други ядра на урана, които от своя страна да произведат свои собствени неутрони, които да предизвикат пък ново делене и така нататък, тогава може да се създаде самоподдържаща се верижна реакция.

Но колкото и да е странно самото съществуване на естествените реактори, още по-странно е колко уникален е феноменът за Габон. От 17-те известни места на естествени реактори, всички са разположени в Окло и на 30 км на югоизток в Бангомбе. Още по-озадачаващо е защо тези реактори не са се образували по-рано, тъй като деленето ще бъде дори по-вероятно да се случи, когато концентрацията на U-235 е 30%, отколкото когато е била само 3%. Както се оказва, отговорът е същата причина, поради която сложният живот процъфтява днес на земята: кислородът. Преди 2,4 милиарда години Земята преживя събитие, което днес наричаме Кислородната катастрофа – тогава новоразвитите цианобактерии започват да изпомпват огромни количества кислород в атмосферата. Обикновено уранът не е разтворим във вода и по това време е добре разпръснат в земната кора, но повишаването на нивата на кислород води до образуването на разтворими уранови оксиди, които могат да бъдат разтворени от дъжд и подпочвени води и концентрирани в рудни тела, достатъчно плътни, за да поддържат верижната реакция.

И все пак въпреки рядкостта и научната стойност на реакторите в Окло, оттогава всичките 16 са унищожени от продължителния добив на уран в района. През 1997 г. френският учен Франсоа Готие-Лафай пише писмо до вестник Nature, в което моли правителството на Габон да запази последния останал реактор в Багомбе за проучване, аргументирайки, че „Това находище е не по-малко уникално и със сигурност по-незаменимо от най-ценната проба от Луната или Марс.“ Всъщност мястото е особено важно днес, тъй като може да съдържа отговори на един от най-големите проблеми, с които се сблъсква в момента ядрената индустрия: изхвърлянето на ядрени отпадъци. Продуктите на делене, останали от естествените реактори на Окло като стронций, цезий, ксенон и технеций, са идентични с тези в ядрените централи, но геологията в Окло – порест пясъчник, през който дъждът и подпочвените води свободно проникват – е възможно най-лошата за изхвърляне на ядрени отпадъци. Докато конвенционалната мисъл предполага, че при тези условия силно радиоактивните изотопи биха се разпространили надлъж и нашир в околната среда, анализът показа, че за 2 милиарда години тези отпадъчни продукти са мигрирали само на 2 метра от рудните тела.

В съвременните схеми за депониране на отработеното гориво, като дълбокото хранилище Онкало, което в момента се изгражда във Финландия, горивото се затваря в медни варели, пълни с олово, обгърнати в йонопоглъщаща бентонитова глина, и се погребват на 500 метра дълбочина в твърда непропусклива гробница от гранит. Ако трябва да извадим някакви изводи от реакторите в Окло, тогава тези мерки трябва да са повече от достатъчни, за да съдържат опасните продукти на делене за поне 100 000 години, когато те най-накрая ще се разпаднат до безвредно състояние.